Исследование: Потенциальное эпигенетическое воздействие грудного молока на развитие нервной системы младенцев
В недавнем обзоре, опубликованном в журнале Nutrients, исследователи сопоставили взаимосвязь между кормлением грудным молоком и развитием нервной системы младенцев с точки зрения эпигенетики.
Синтез показывает, что человеческое грудное молоко является сокровищницей биомолекул, включая микроРНК (миРНК), длинные некодирующие РНК (днРНК), стволовые клетки и компоненты семян колоний кишечного микробиома.
Сообщается, что эти биомолекулы положительно влияют на недоношенных детей за счет улучшения развития нервной системы и проясняют связь между грудным вскармливанием и механизмами, лежащими в основе концепции развития здоровья и болезней (DOHaD).
Содержание
Пластичность развития
Около пяти десятилетий назад мировоззрение научного сообщества заключалось в том, что здоровье и благополучие человека, особенно в связи с неинфекционными заболеваниями, являются функцией генома человека.
Предполагалось, что эпигенетика, стабильные изменения в функции клеток, не связанные с изменениями в последовательности ДНК, практически не играют роли в фенотипическом проявлении индивидуума при неинфекционных заболеваниях. Это мировоззрение не смогло объяснить распространенность рака и других неинфекционных заболеваний и с тех пор было заменено гипотезами, которые включают в себя переменные окружающей среды.
Из них наиболее популярными являются гипотеза фетального происхождения болезней у взрослых (FOAD) и ее уточненная, расширенная форма — концепция развития здоровья и болезней (DOHaD).
Они были постулированы доктором Дэвидом Баркером, эпидемиологом, в 1986 году и предполагают, что «воздействие окружающей среды в раннем возрасте, как в пренатальном, так и в послеродовом периоде, может постоянно влиять на здоровье и уязвимость к болезням в более позднем возрасте, «программируя» фенотип. без изменения генотипа».
Процессы «программирования» относятся к эпигенетическим модификациям, включая модификации гистонов, метилирование ДНК и включение или выключение генов, ответственных за модуляцию некодирующих РНК. Исследования показали, что первые 1000 дней после зачатия имеют важное значение для определения будущего развития и здоровья. Было обнаружено, что грудное молоко человека модифицирует эпигенетические механизмы у младенцев в постнатальном периоде и снижает проявление неинфекционных заболеваний из поколения в поколение.
Несколько исследований также показали, что кормление грудным молоком, особенно собственным молоком матери, связано с улучшением показателей развития нервной системы как у доношенных, так и у недоношенных детей, тогда как более продолжительное исключительно грудное вскармливание связано с более высокими коэффициентами интеллекта и улучшением когнитивного развития. Положительное влияние грудного молока на структурное развитие мозга недоношенных детей было продемонстрировано с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) головного мозга.
Гиалели и др. (2023)
Биологические механизмы, лежащие в основе потребления грудного молока и развития нейронов, остаются непроверенными. Целью настоящего обзора является выяснение этой связи путем обсуждения роли микроРНК, днРНК, стволовых клеток и компонентов семян колоний кишечного микробиома в этих процессах.
Об исследовании
Этот описательный обзор был синтезирован с использованием публикаций, доступных из баз данных PubMed, ScienceDirect, Google Scholar и Medline в период с 4 августа 2023 года. В обзор были включены статьи, содержащие исследования на людях и животных, в то время как статьи, написанные не на английском языке, не были легко доступны в полном объеме. тексты или составляющие «серую зону» исследования были исключены.
МикроРНК представляют собой небольшие некодирующие молекулы РНК длиной 18–25 нуклеотидов, примечательные своим участием в посттранскрипционной регуляции генов. Было обнаружено, что они влияют на синтез белка из информационной РНК (мРНК) посредством ингибирования трансляции мРНК, влияя на экспрессию до 60% генов. МикроРНК в грудном молоке обнаруживаются как в свободном состоянии, так и внутри экзосом.
Экзомы представляют собой класс внеклеточных везикул (ВВ), которые устойчивы к пищеварению и могут преодолевать гематоэнцефалический барьер.
Грудное молоко содержит самую высокую концентрацию микроРНК в жидкостях организма человека: на сегодняшний день обнаружено более 1400 микроРНК в грудном молоке. Недавние исследования показали, что клеточные и липидные фракции молока имеют гораздо более высокие концентрации микроРНК, чем традиционно ориентированные фракции обезжиренного молока.
Состав микроРНК в грудном молоке варьируется в зависимости от стадии лактации, а также между передним и задним молоком. Заболевания матери, включая сахарный диабет (СД), ожирение, диету и психосоциальные факторы, включая стресс, также изменяют экспрессию микроРНК в грудном молоке.
Было обнаружено, что несколько микроРНК в грудном молоке улучшают развитие нейронов младенцев.
МикроРНК let-7 высоко экспрессируются в развивающемся мозге млекопитающих и регулируют пролиферацию и дифференцировку нервных клеток. Более того, Уолгрейв и др. продемонстрировали, что введение миР-132, миРНК, существующей также в грудном молоке, в гиппокамп взрослых мышей с болезнью Альцгеймера восстанавливает нейрогенез гиппокампа взрослых и улучшает дефицит памяти, связанный с заболеванием. Эти результаты подчеркивают потенциальную терапевтическую ценность воздействия на миР-132 при лечении нейродегенерации.
Гиалели и др. (2023)
Исследования микроРНК идентифицируют эти молекулы, хорошо зарекомендовавшие себя эпигенетические регуляторы, которые в изобилии содержатся в молоке матери человека, при этом физиологическое состояние последнего может изменять нейропротекторные эффекты первых. Эти РНК могут преодолевать гематоэнцефалический барьер и играть решающую роль в развитии и функционировании нервной системы младенцев.
днРНК
Длинные некодирующие РНК больше, чем микроРНК, и обычно содержат 200 нуклеотидов. Исследования lncRNAs гораздо более скудны, чем исследования miRNA, но было показано, что они отражают возрастные паттерны экспрессии и участвуют в модуляции судьбы нервных клеток.
Изменения и мутации lncRNAs связаны с нарушениями развития нервной системы и нервно-психическими расстройствами, включая расстройства аутистического спектра (РАС) и шизофрению.
Грудное молоко доношенного ребенка демонстрирует резкие различия в сцеживании по сравнению с молоком недоношенных детей: первое более чем в два раза более концентрировано, чем второе. Некодирующая РНК, активируемая при повреждении ДНК (NORAD), представляет собой уникальную днРНК, отличающуюся высокой консервативностью, обильной экспрессией и активацией при повреждении ДНК, основной функцией которой является поддержание хромосомной стабильности в клетках человека.
Было показано, что «хранитель человеческого генома» NORAD имеет более высокий уровень экспрессии в доношенном молоке по сравнению с недоношенным молоком.
Доказано, что NORAD демонстрирует защитную роль в смягчении повреждений головного мозга, клеточного апоптоза, окислительного стресса и воспаления, вызванных церебральной ишемией/реперфузионным повреждением. Его защитный механизм включает регуляцию миР-30a-5p и последующую активацию экспрессии YWHAG. Можно предположить, что использование днРНК, особенно NORAD, выделенных из грудного молока, может стать потенциальным способом защиты недоношенных детей и улучшения результатов их нервно-психического развития.
Гиалели и др. (2023)
По сравнению с микроРНК, днРНК остаются недостаточно изученными, и лишь немногие исследования проводятся только с иммунологических и метаболических точек зрения. Необходимы дополнительные исследования для выяснения роли днРНК в развитии нейронов младенцев.
Стволовые клетки
Стволовые клетки — это клетки, способные превратиться во множество различных типов клеток в организме. Они служат системой восстановления организма. Напротив, дифференцированные «взрослые» клетки обычно сохраняют свои структурные и функциональные обязательства, хотя недавние исследования показывают многообещающую способность индуцировать клеточную пластичность в этих клетках.
Еще в 2007 году было обнаружено, что грудное молоко человека содержит популяции стволовых клеток. Это важно, поскольку исследования показали, что на животных моделях стволовые клетки грудного молока могут пережить пищеварение и проникнуть через гематоэнцефалический барьер, где они могут вызвать генезис новых нейрональных и глиальных клеток.
Было обнаружено, что стволовые клетки человеческого молока содержат биомолекулы, в том числе микроРНК, которые могут действовать как эпигенетические факторы в развитии нейронов. Тем не менее, эта область остается новой, и необходимы дополнительные исследования для установления механизмов и влияния грудного вскармливания на здоровье младенцев через стволовые клетки.
Микробиом
«Микробиом» относится к сообществу микроорганизмов (таких как грибы, бактерии и вирусы), которые существуют в определенной среде. У человека это геномы всех симбиотических и патогенных микроорганизмов, населяющих наши тела.
При обнаружении микроорганизмов в грудном молоке их присутствие первоначально связывали с загрязнением. Однако недавние исследования использовали высокопроизводительное секвенирование следующего поколения, чтобы подчеркнуть, что типы, включающие Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria и Bacteroidetes, обычно встречаются в грудном молоке человека, а бактериальные сообщества в молоке существенно различаются в зависимости от стадии лактации.
Микробные сообщества в грудном молоке человека сложны и разнообразны, на них влияют материнские факторы, включая индекс массы тела (ИМТ) и ранее существовавшие состояния здоровья.
Однако исследования показали, что введение пробиотиков во время беременности и приписывание плохого поведения в отношении здоровья, включая курение, существенно не изменили микробные сообщества в грудном молоке, что подразумевает важность определенных типов и родов в материнском молоке.
Имеются доказательства того, что микробиом кишечника в раннем возрасте способствует возникновению эпигенетических модификаций, а также связан с развитием мозга и нервной системы. Колонизация кишечника ребенка после рождения под влиянием материнской флоры, способа родоразрешения, раннего контакта кожа к коже и неонатальной диеты приводит к формированию специфических эпигенетических паттернов, которые могут влиять на защитную функцию слизистой оболочки кишечника от будущих повреждений.
Гиалели и др. (2023)
Механизмы, посредством которых микробиом грудного молока влияет на нервное развитие младенцев, еще предстоит выяснить.
Выводы
В настоящем обзоре обсуждается роль грудного молока в развитии и защите нервной системы младенцев. Ряд биомолекул, обнаруженных в грудном молоке, особенно микроРНК, днРНК, стволовые клетки и компоненты микробиома, могут играть решающую роль в здоровом нервном развитии детей, особенно на ранних этапах жизни.
Комплексные идеи, изложенные в этом обзоре, направлены на то, чтобы прояснить связь между грудным вскармливанием и фундаментальными механизмами, лежащими в основе концепции развития здоровья и болезней (DOHaD). Обсуждая потенциальный вклад биоактивных элементов грудного молока, таких как микроРНК, днРНК, стволовые клетки и микробиом, в развитие нервной системы посредством эпигенетических процессов, это исследование обеспечивает убедительную связь между опытом ранней жизни и стойкими последствиями для здоровья как недоношенных, так и недоношенных детей. — и доношенные дети.
Гиалели и др. (2023)
Ссылка на журнал:
- Гиалели Г., Панагопулу О., Лиосис Г. и др. (2023). Потенциальные эпигенетические эффекты грудного молока на развитие нервной системы младенцев. Питательные вещества , 15, 3614. doi: 10.3390/nu15163614 . https://www.mdpi.com/2072-6643/15/16/3614
